(57)【要約】【課題】光触媒を備えた光ファイバーを用いて、濃厚で光が届かないような被処理水溶液中の有機物処理を効率的に行うことができる溶液処理方法と装置を提供することを目的とする。【解決手段】光ファイバーコア２にＴｉＯ２を含む層から成る光触媒層クラッド１が取り込んでいる漏光型光触媒ファイバー９を作製し、ファイバーの端面から光を導入し、ファイバー内を光が伝達し、光が屈折率の違いからファイバー内から光触媒層へ漏光することを利用して、濃厚で光が届かないような溶液中でも光触媒機能を発現する漏光型光触媒ファイバーを提供する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒機能を有するファイバーであることを特徴とする漏光型光触媒ファイバー。
【請求項２】
前記漏光型触媒ファイバーは、液相にて光触媒機能を発現するファイバーであることを特徴とする漏光型光触媒ファイバー。
【請求項３】
前記漏光型触媒ファイバーは、光触媒層にＴｉＯ２を備えていることを特徴とする漏光型光触媒ファイバー。
【請求項４】
前記漏光型触媒ファイバーは、３００ｎｍ〜４２０ｎｍの紫外光を吸収して、光触媒機能を発現することを特徴とする漏光型光触媒ファイバー。
【請求項５】
前記漏光型触媒ファイバーのＴｉＯ２は、厚さが１ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは、１５０ｎｍ以上、５μｍ以下であることを特徴とする漏光型光触媒ファイバー。
【請求項６】
前記漏光型触媒ファイバーのＴｉＯ２は、粒子径が１ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは１０ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴と漏光型光触媒ファイバー。
【請求項７】
前記漏光型触媒ファイバーのＴｉＯ２は、ゾルゲル法を用いて作製することを特徴とする漏光型光触媒ファイバー。
【請求項８】
前記漏光型触媒ファイバーは、光触媒層に窒素ドープＴｉＯ２、硫黄ドープＴｉＯ２、炭素ドープＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ２、ＴａＯＮなどで構成されていることを特徴とする漏光型光触媒ファイバー。
【請求項９】
前記漏光型触媒ファイバーは、４２０ｎｍ以上の可視光を吸収して、光触媒機能を発現することを特徴とする漏光型光触媒ファイバー。
【請求項１０】
前記漏光型触媒ファイバーは、バンドル型であることを特徴とする漏光型光触媒ファイバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光触媒を備えた漏光型光ファイバーを用いて、濃厚で光が届かないような被処理水溶液中の有機物処理を効率的に行うことができる溶液処理方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  本多・藤嶋効果として発表されて以来、ＴｉＯ２を用いた光触媒は光エネルギーを化学反応に直接利用する方法として、光触媒を利用して水質を浄化する方法が注目されている。
光触媒は、光照射によって触媒的に化学反応を促進する物質である。光触媒反応は触媒がバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を吸収することによって価電子帯の電子が伝導帯へ励起し、価電子帯側で酸化反応、伝導帯側で還元反応が起こる。特に価電子帯が深い準位にある物質は高い酸化力を持ち、光触媒として優れた浄化・殺菌効果を示し、防汚、殺菌、脱臭作用を持つ種々の製品が実用化されている。
一般的に、連続的な水処理において、光触媒を担体に固定する方法が試みられてきた。この処理方法では、反応完了までに所定の時間がかかるため、特開２０００−５７４７、特開２０００−２７９９７５ではオゾン等を利用した酸化処理法と併用することが報告されている。
また、これまで光触媒というと、紫外光でのみ触媒機能を発現しており、ブラックライトの使用が必要不可欠であった。
光触媒は現在主として平板状基板に担持して気体、希薄溶液の浄化など光透過性の高い反応系で利用されている。しかし、濃厚で懸濁した光透過性の低い溶液では反応に必要な光が届かないため未だ研究が進んでいない分野である。
【特許文献１】特開２０００−５７４７
【特許文献２】特開２０００−２７９９７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、廃液処理、水質浄化において光触媒を利用した廃液処理システムの構築は、飲料水の悪臭除去及び塩素処理に伴う有害物質の低減をはかる上で効果があることは知られているが、処理水に含有されている有機物をＣＯ２などの無機物に完全に分解することは困難である。
そこで、特開２０００−５７４７、特開２０００−２７９９７５において、光触媒とオゾンを併用して水質浄化システムを提案している。しかし、近年、温暖化現象の原因ともされるオゾンの使用は困難と思われる。また、光源としてブラックライトを用いてるが、光源に太陽光を用いることができれば、光触媒機能発現に光エネルギーのみで光触媒機能が発現するデバイスができ、活用範囲は広がると考えられる。
また、今日まで報告されている光触媒は板状、粉末状のものがほとんどで、染料などの様な光が届かない様な濃厚な溶液の中に板状、粉末状の光触媒を含有させても、光が届かない為、効率の良い光触媒機能を発現することは困難であった。
そこで本発明は上記に鑑みてなされたものであり、濃厚な溶液でも光触媒活性を発現することができ、また、紫外光のみならず、可視光応答もできる光触媒の導入により、被処理水中の有機物及び中間生成物の無機化処理を効率的に行うことができる水処理方法とその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は上記の目的を達成するために、請求項１に記載したように、ファイバー上に光触媒層を備えた構造をもっている。【０００５】  更に請求項２により、有機物を含有する被処理水に、光触媒層を備えたファイバーを挿入し、ファイバーの端面から光照射して、光が届かない様な濃厚な溶液中でも光触媒機能を発現させることができ、被処理水中の有機物を無機化処理することを基本手段としている。【０００６】  請求項３により、本発明の光触媒層には、ＴｉＯ２を使用する。
また、照射する光は、用いる光触媒層に応じて変化させ、請求項３記載のように、光触媒層にＴｉＯ２を用いる場合は、光源として波長が３００〜４２０ｎｍの任意の波長の光を発するブラックライトを用いる。【０００７】  そして、本発明で用いられる光触媒層は、液相中で使用される為、液相中で膜はがれが懸念される。そこで、本発明では、請求項７記載のようにゾルゲル法を用い、ファイバー担体との密着性を向上させ、装置の長寿命化を狙いとする。
また、用いられる光触媒層にはＴｉＯ２以外に、窒素ドープＴｉＯ２、硫黄ドープＴｉＯ２、炭素ドープＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ２、ＴａＯＮなども使用することができる。特に、可視光応答可能な窒素ドープＴｉＯ２、硫黄ドープＴｉＯ２、炭素ドープＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ２、ＴａＯＮは可視光で光触媒機能を発現することが可能で、太陽光で光触媒機能を発現することも可能で、デバイスのコスト削減がはかれ、本発明をさらに汎用性の高い発明とすることができる。【０００８】  最後に、ファイバーは請求項１０に示す様に、バンドル型にし、被処理水との接触面積を増加し、反応効率をあげることができる。
【発明の効果】
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【０００９】  本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。以下に本発明にかかる漏光型光触媒ファイバーによる水処理方法とその装置の各種実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示す概要図であり、先ず主要な構成要素を説明すると、光を伝達するファイバー１と光触媒層２から構成されている漏光型光触媒ファイバー９である。
９の光触媒ファイバーは図２に示すように、３は光源  ４は光ファイバー、５は漏光型光触媒ファイバー、６は反応容器、７は被処理水の流れを示す。３の光源としてのブラックライト、またはキセノンランプ、または、太陽光が使用される。
続いて、実際に、漏光触媒ファイバーにて光触媒活性を検討した。
（成膜）
石英ファイバーを１６ｃｍに切った。切ったファイバーをアルカリバスに１時間浸漬し、親水処理した。親水処理したファイバーを水で良く洗い、乾いたらスラリー法とゾルゲル法からなる各酸化チタン溶液を２０秒×２回塗布する。その後、焼成炉で５００℃、２時間焼成した。
（反応試薬）
メチレンブルーを反応試薬として用いた。そして、１００μＭのメチレンブルー水溶液を作製した。
（光照射）
ファイバーへの照射には１５０Ｗ  Ｘｅランプを用いた。メチレンブルーを満たしたプラスチックチューブに製膜したファイバーを挿入し、集光レンズで光を集め、ファイバー端面から光を導入した。その結果を表１に示す。
【表１】
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ファイバー担体を被覆する光触媒層に、本実施例ではＴｉＯ２を用いており、スラリー法でチタンナノ粒子を成膜した場合と、ゾルゲル法でＴｉＯ２層を形成している。
また、ファイバー１本で１８％、３本で３５％、５本で５１％とファイバーの本数に応じ効果的に触媒活性が向上していることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用する光触媒ファイバーの概念図である。
【図２】  本発明を適用する本発明の実施形態を示す概念図である。
【符号の説明】
１は担体、２は光触媒層、３は光源、４は光ファイバー、５は漏光型光触媒ファイバー、６は反応容器、７は被処理水の流れ、８は被処理水、９は漏光型光触媒ファイバーである。
【図１】
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【図２】
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